JP2001514866A - Cryoprotectant removal method and apparatus - Google Patents

Cryoprotectant removal method and apparatus

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JP2001514866A
JP2001514866A JP2000509274A JP2000509274A JP2001514866A JP 2001514866 A JP2001514866 A JP 2001514866A JP 2000509274 A JP2000509274 A JP 2000509274A JP 2000509274 A JP2000509274 A JP 2000509274A JP 2001514866 A JP2001514866 A JP 2001514866A
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ルパート ピー. アマン
ロイ エイチ. ハマーステッド
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バイオポア アイエヌシー.
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Abstract

(57)【要約】 凍結保存一次容器内の細胞の周りでの乱流および対流的分散を用いて、凍結保存サンプル中の凍結保護剤を除去する方法および装置が記載されている。対流的分散は、重力と、適切な膜材料から作成された容器の孔を通した緩衝液の脈動経膜流れとを組み合わせた作用を介して与えられる。凍結保護剤の除去過程を補助するために機械的力を使用することは、ゆっくりとした凍結保護剤除去の利益を保持することを可能にする一方で、実際の除去時間を短縮させる。   (57) [Summary] A method and apparatus for removing cryoprotectants in cryopreserved samples using turbulence and convective dispersion around cells in a cryopreserved primary container is described. Convective dispersion is provided through the combined action of gravity and the pulsatile transmembrane flow of buffer through a hole in a container made of a suitable membrane material. Using mechanical force to assist the cryoprotectant removal process reduces the actual removal time while allowing the benefits of slow cryoprotectant removal to be retained.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の分野】FIELD OF THE INVENTION

本発明は、凍結保護を必要とする細胞の懸濁液から凍結保護剤を除去する機械
的に補助された方法およびそのための装置に関する。
The present invention relates to a mechanically assisted method and an apparatus therefor for removing a cryoprotectant from a suspension of cells in need of cryoprotection.

【0002】[0002]

【発明の背景】BACKGROUND OF THE INVENTION

凍結保存は、貯蔵用の細胞または一群の細胞(例えば胚)の懸濁液を調製する
ための手順である。この手順は、通常、保存すべき細胞への凍結保護剤の添加、
懸濁細胞の冷却、約 -80℃以下の温度での細胞懸濁液の長期保存、正常細胞温度
への細胞の加温、および細胞からの凍結保護剤の除去を含んでいる。普通の哺乳
類からの精子または他の細胞の凍結保存は、一見単純そうな方法であり、特定の
深刻な障害があるにも拘わらず成功する。この成功は、特定の手順上のパラメー
ターに関して1種以上の凍結保護剤を使用することに依存している。
Cryopreservation is a procedure for preparing a suspension of cells or a group of cells (eg, embryos) for storage. This procedure usually involves adding a cryoprotectant to the cells to be stored,
This includes cooling the suspended cells, prolonged storage of the cell suspension at temperatures below about -80 ° C, warming the cells to normal cell temperatures, and removing cryoprotectants from the cells. Cryopreservation of sperm or other cells from normal mammals is a seemingly simple method and is successful despite certain serious obstacles. This success relies on the use of one or more cryoprotectants for particular procedural parameters.

【0003】 従って、全体の凍結保護手順には、一般的に以下の工程が含まれる:凍結保護
剤を添加して低温貯蔵用の細胞懸濁液を調製し、個々のユニットをバイアルまた
は「ストロー」に入れること;適切な速度で冷却(場合により「凍結」と呼ばれ
る)すること; -80℃未満、多くの場合 -180〜-196℃の温度で細胞懸濁液を長 期貯蔵すること;低温で仲介者またはユーザーに供給すること;適切な速度で正
常な細胞温度に加温(場合により「融解」と呼ばれる)すること;細胞を直ぐに
インビボ使用できるようにするために、凍結保護剤および他の媒体、あるいは他
の調節剤を制御して除去すること。その目標は、細胞を生かしておく(生存可能
にしておく)だけでなく、全ての細胞属性、例えば正常な寿命、酸素運搬能力(
特に赤血球の場合)および受精能力(特に精子または卵母細胞の場合)の維持を
最適化することであり、このために細胞は何はさておき保存される。
[0003] The overall cryoprotection procedure therefore generally involves the following steps: cryoprotectants are added to prepare a cell suspension for cryopreservation, and the individual units are placed in vials or "straws". Cooling at an appropriate rate (sometimes called "freezing"); long-term storage of cell suspensions at temperatures below -80 ° C, often -180 to -196 ° C; Feeding the mediator or user at a low temperature; warming (usually called "thawing") to the normal cell temperature at the appropriate rate; cryoprotectant and Controlled removal of other media or other regulators. The goal is not only to keep the cells alive (keeping them viable), but also for all cellular attributes, such as normal lifespan, oxygen carrying capacity (
Optimizing the maintenance of fertility (especially in the case of red blood cells) and fertility (especially in the case of sperm or oocytes), for which the cells are preserved aside.

【0004】 細胞型、起源の種または用いられる種々のプロトコルにもかかわらず、従来技
術の凍結保存プロトコルは、伝統的に、保存される細胞の約30%の死亡率(また は一層悪い)という結果になる。多くの細胞が、伝統的に、冷却および再加温に
おいて生き残らなかったが、生き残った細胞も、細胞内の凍結保護剤を除去する
間に更なる損傷を受けた。損傷の原因は、冷却および再加温中の不適切な温度変
化速度、氷晶の形成、温度それ自体の低下、細胞内および細胞周囲の溶質が高濃
度であるための毒性、用いられる凍結保護剤(1種又はそれ以上)の性質および
濃度、凍結保護剤を細胞に添加および細胞内から除去する速度、および他のあま
りよく知られていないが経験的に自明なファクターの幾つかまたは全てでありう
る。
[0004] Despite the cell type, species of origin or the various protocols used, prior art cryopreservation protocols traditionally have a mortality (or worse) of about 30% of the cells stored. Results. Many cells traditionally did not survive cooling and rewarming, but surviving cells also suffered further damage during the removal of intracellular cryoprotectants. Causes of damage include inadequate rate of temperature change during cooling and reheating, formation of ice crystals, reduced temperature itself, toxicity due to high concentrations of solutes in and around cells, cryoprotection used. The nature and concentration of the agent (s), the rate at which the cryoprotectant is added to and removed from the cells, and some or all of the other lesser known but empirically obvious factors It is possible.

【0005】 凍結保存剤は、実質的な割合の細胞を凍結-融解サイクルにおいて生き残らせ 、且つ正常な細胞機能を維持することを可能にする分子である。細胞形質膜を通
過し、従って細胞内および細胞外の両方で作用する凍結保存剤は、浸透性(貫通
性)凍結保存剤と命名される。非浸透性凍結保護剤は細胞外でのみ作用する。グ
リセロールは、特定型の細胞および殆どの種からの精子に対して最も効果的な浸
透性凍結保護剤である。グリセロールは、他の浸透性凍結保護剤、例えばエチレ
ングリコール、プロピレングリコールおよびジメチルスルホキシドと比較して毒
性が低い。全ての浸透性凍結保護剤は、細胞膜を水よりも遅い速度で通過し、こ
れらの各速度それ自体は、温度に依存する。非浸透性凍結保護剤としては、例え
ばタンパク質(例えば哺乳類の精子に用いられる乳タンパク質または卵タンパク
質);糖類、例えば乳糖、果糖、ラフィノースまたはトレハロース);合成ポリ
マー、例えばメチルセルロース;およびアミド化合物が挙げられる。大部分の浸
透性凍結保護剤、例えばグリセロ−ルは、溶質として作用し(また、水の浸透流
れを引き起こし)、且つ水混和性溶剤として作用する(塩類および糖類を溶解す
る)。全ての非浸透性凍結保護剤は、溶質またはコロイドであり、それら自身は
溶剤としても作用することができない。水およびグリセロールの両者は、他の溶
剤と同様に、細胞膜を通過し、やがては全ての内部構造物内で同一の濃度で平衡
化するので、細胞内および細胞外の濃度が同一になる。
[0005] Cryopreservatives are molecules that allow a substantial proportion of cells to survive the freeze-thaw cycle and maintain normal cell function. Cryopreservatives that cross the cell plasma membrane and thus act both intracellularly and extracellularly are termed osmotic (penetrating) cryopreservatives. Non-permeable cryoprotectants only work extracellularly. Glycerol is the most effective osmotic cryoprotectant for certain types of cells and sperm from most species. Glycerol is less toxic as compared to other osmotic cryoprotectants, such as ethylene glycol, propylene glycol and dimethyl sulfoxide. All osmotic cryoprotectants pass through cell membranes at a slower rate than water, and each of these rates itself is temperature dependent. Non-permeable cryoprotectants include, for example, proteins (eg, milk or egg proteins used in mammalian sperm); saccharides, such as lactose, fructose, raffinose or trehalose); synthetic polymers, such as methylcellulose; and amide compounds. . Most osmotic cryoprotectants, such as glycerol, act as solutes (and also cause osmotic flow of water) and act as water-miscible solvents (dissolve salts and sugars). All non-penetrable cryoprotectants are solutes or colloids and cannot themselves act as solvents. Both water and glycerol, like other solvents, pass through the cell membrane and eventually equilibrate at the same concentration in all internal structures, resulting in the same intracellular and extracellular concentrations.

【0006】 浸透性凍結保護剤の溶質的役割は、水の誘発浸透性流れによる損傷を引き起こ
すと信じられている。しかしながら、浸透性凍結保護剤、例えばグリセロールは
水よりも遙かに低い氷点を有するので、溶剤的作用は有益である。グリセロール
の存在下では、未凍結のままの溶剤混合物のほうが、水が唯一の溶剤である場合
より与えられたどの温度でも多い。それ故に、与えられたどの温度でも、未凍結
溶剤のチャンネル中では細胞のためのスペースがより広く、溶質の濃度がより低
い(同量の溶質がより多量の液体中に含有されている)。この現象は、細胞の内
部および外部の両方で生じる。更に、グリセロールの存在は、おそらく、氷中で
の微小亀裂の形成を減少させ、これは、翻って、細胞に対する損傷を最小限にす
る。非浸透性凍結保護剤、例えば糖類およびリポタンパク質は、典型的には、比
較的高濃度で存在する。これらは典型的には、温度誘発損傷に対してよりよく耐
えるように形質膜を修飾することにより作用するか、あるいは単純に溶質/溶剤
組み合わせの氷点を降下させる溶質として作用する。
[0006] The solute role of osmotic cryoprotectants is believed to cause damage by water-induced osmotic flow. However, the solvent action is beneficial because osmotic cryoprotectants, such as glycerol, have a much lower freezing point than water. In the presence of glycerol, the unfrozen solvent mixture is higher at any given temperature than when water is the only solvent. Therefore, at any given temperature, there is more space for cells and a lower concentration of solute in the channel of unfrozen solvent (the same amount of solute is contained in more liquid). This phenomenon occurs both inside and outside the cell. Furthermore, the presence of glycerol probably reduces the formation of microcracks in ice, which in turn minimizes damage to cells. Impermeable cryoprotectants, such as sugars and lipoproteins, are typically present at relatively high concentrations. They typically act by modifying the plasma membrane to better withstand temperature-induced damage, or simply act as solutes that lower the freezing point of a solute / solvent combination.

【0007】 多くの細胞を保存するための従来の手順は、久しい以前からだけでなく最近で
も、浸透性凍結保護剤をゆっくりと添加すべきであるという警告にも拘わらず、
浸透性凍結保護剤、例えばグリセロールを細胞懸濁液に突然添加することを伴う
。同様に、細胞から浸透性凍結保護剤をゆっくりと除去することの利益はよく知
られている。浸透性凍結保護剤の急速な添加または除去に伴う損傷は、水の急速
な移動に起因して細胞体積が著しく変化すること、および形質膜内で不可逆的な
「裂け目」が形成されることの直接の結果である。融解細胞内からの凍結保護剤
の緩慢な除去は、一般的に、それを達成する便利なアプローチを知らないか、ま
たはこのアプローチがないために、用いられていなかった。
[0007] Conventional procedures for preserving many cells have been, not only for a long time, but also recently, despite the warning that osmotic cryoprotectants should be added slowly.
It involves the sudden addition of an osmotic cryoprotectant, such as glycerol, to the cell suspension. Similarly, the benefits of slowly removing an osmotic cryoprotectant from cells are well known. Damage associated with the rapid addition or removal of osmotic cryoprotectants can result in significant changes in cell volume due to the rapid movement of water, and the formation of irreversible "rips" in the plasma membrane. It is a direct result. The slow removal of cryoprotectant from within thawed cells has generally not been used because of lacking or lacking a convenient approach to achieve it.

【0008】 融解後の機能的「ユニット」に必要な細胞数に応じて、細胞は伝統的に、ガラ
スアンプル、プラスチックバイアル、プラスチックストローまたは適切な大きさ
のプラスチックバッグを用いて個々のユニットとして包装される。これらのパッ
ケージは全て、凍結保護剤をゆっくりと除去する前に、一次容器からの細胞懸濁
液の除去を必要とする。あるいは、Hammerstedt et al.により開示された技術(
米国特許第5,026,342号および第5,261,870号、両方とも参考として本明細書に取
り入れられる)は、膜を横切る液体交換を可能にする一次容器を提供するように
形成された特別な膜内の開放孔を介して、細胞をこの一次容器内に残しながら、
凍結保護剤をゆっくりと除去することを可能にする。この方法は効果的ではある
が、このアプローチが拡散制限的なので、細胞内の凍結保護剤濃度を所望のレベ
ルに低下させるのに2時間までを要することがある。
[0008] Depending on the number of cells required for a functional "unit" after thawing, cells are traditionally packaged as individual units using glass ampules, plastic vials, plastic straws or appropriately sized plastic bags. Is done. All of these packages require removal of the cell suspension from the primary container before slowly removing the cryoprotectant. Alternatively, the technology disclosed by Hammerstedt et al.
U.S. Pat.Nos. 5,026,342 and 5,261,870, both incorporated herein by reference) disclose an open hole in a special membrane formed to provide a primary container that allows liquid exchange across the membrane. While leaving the cells in this primary container,
Allows the cryoprotectant to be removed slowly. Although effective, this method can take up to 2 hours to reduce the intracellular cryoprotectant concentration to the desired level because this approach is diffusion limited.

【0009】 この問題に取り組むのに用いられる広く実施されている段階的希釈は別として
、懸濁液中の細胞から凍結保護剤をゆっくりと除去することは、懸濁液を融解後
に従来の透析膜内に配置し、透析ユニットを大量の塩溶液中に吊り下げることに
よって達成できる。あるいは、特別の孔閉塞容器、例えば上記の参考として本明
細書に取り入れられる米国特許に開示されたものでは、融解後に膜容器の孔を開
放し、膜を横切った分子の移動を可能にするようにして処理することができる。
両方の場合、一次容器の膜を通した凍結保護剤および水の移動は、拡散を介する
ものであり、濃度勾配に「沿って(down)」(即ち、最高濃度の位置(locus)から 全く離れて)いる。このような拡散に基づく方法は、水および凍結保護剤が一次
容器膜を横切ってそれぞれ中および外に拡散するので、細胞を直接取りまく媒体
の組成を変化させる速度を、効果的に制限する。その結果、これは、細胞膜を横
切る水および凍結保護剤の移動速度を、細胞の損傷とならない流動度まで制限す
る。膜容器を通過させる単純な拡散の信頼性には、商業的に受け入れられない1
〜2時間の長期間を要する。
[0009] Apart from the widely practiced serial dilutions used to address this problem, the slow removal of cryoprotectant from cells in suspension requires conventional dialysis after the suspension is thawed. This can be achieved by placing in the membrane and suspending the dialysis unit in a large volume of salt solution. Alternatively, special pore-closing vessels, such as those disclosed in the U.S. patents incorporated herein by reference above, may open the pores of the membrane vessel after melting to allow the movement of molecules across the membrane. Can be processed.
In both cases, the movement of cryoprotectant and water through the membrane of the primary vessel is through diffusion and is “down” along the concentration gradient (ie, completely away from the locus of highest concentration). ing. Such a diffusion-based method effectively limits the rate at which the composition of the medium directly surrounding the cells is changed, as the water and cryoprotectant diffuse in and out of the primary container membrane, respectively. As a result, this limits the rate of movement of water and cryoprotectant across the cell membrane to a flow rate that does not damage the cells. The reliability of simple diffusion through a membrane vessel is not commercially acceptable1
It takes a long time of ~ 2 hours.

【0010】 代わりの補助的凍結保護剤除去方法では、連続流れ(フロー)遠心、例えば米
国特許第4,221,322号で論じられたものが用いられる。これには、最初の凍結保 護剤包装からの移し換えが必要であり、従って汚染の機会を与え、余分な処理が
必要である。
[0010] An alternative auxiliary cryoprotectant removal method employs continuous flow (flow) centrifugation, such as that discussed in US Pat. No. 4,221,322. This requires a transfer from the original cryoprotectant packaging, thus providing a chance for contamination and requiring extra processing.

【0011】 従って、従来技術における細胞損傷、可能な汚染および/または長い処理時間
が回避される、1種以上の凍結保護剤を、凍結保存が必要な細胞または細胞群に
添加し、且つそれから除去する方法に対する要求が残されている。
Thus, one or more cryoprotectants are added to and removed from cells or groups of cells that need to be cryopreserved, avoiding cell damage, possible contamination and / or long processing times in the prior art. There remains a need for a way to do that.

【0012】[0012]

【発明の概要】Summary of the Invention

この要求を満足させるために、本発明は、重力と、適切な膜材料から作成され
た一次容器、例えば上記の参考として本明細書に取り入れられる米国特許第5,02
6,342号および第5,261,870号に開示されたものの孔を通過する緩衝液の脈動的経
膜流れとを組み合わせた作用を介して与えられる、凍結保存一次容器内の細胞周
囲での乱流および対流分散を用いて、凍結保存サンプル中の凍結保護剤を除去す
る方法および装置を具体化する。機械的な力を用いて凍結保護剤除去方法を補助
することによって、最初の一次容器からの移し換えを行わずに、ゆっくりとした
凍結保護剤除去の利益が保持される一方で、実際の除去時間が著しく短縮され、
且つ無菌性が維持される。
To satisfy this need, the present invention relates to gravity and primary containers made from suitable membrane materials, such as U.S. Pat.
No. 6,342 and 5,261,870 disclose turbulence and convective dispersion around cells in a cryopreserved primary vessel, provided through the combined action of the pulsatile transmembrane flow of buffer through the pores. Used to embody methods and devices for removing cryoprotectants in cryopreserved samples. By using mechanical force to assist the cryoprotectant removal method, the benefits of slow cryoprotectant removal are retained while the transfer from the primary container is not performed, while the actual removal The time has been significantly reduced,
And sterility is maintained.

【0013】[0013]

【発明の具体的説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

本発明は、重力と、適切な膜材料から作成された一次容器、例えば上記の参考
として本明細書に取り入れられる米国特許第5,026,342号および第5,261,870号に
開示されたものの孔を通る緩衝液の脈動的経膜流れとを組み合わせた作用を介し
て与えられる、凍結保存一次容器内の細胞の周囲での乱流および対流的分散を用
いて、凍結保存サンプル中の凍結保護剤を除去する方法および装置を具体化する
。機械的な力を用いて凍結保護剤除去方法を補助することによって、ゆっくりと
した凍結保護剤除去の利益が保持される一方で、実際の除去時間が著しく短縮さ
れる。
The present invention provides for the pulsation of gravity and buffer through a hole in a primary container made of a suitable membrane material, such as those disclosed in U.S. Pat.Nos. 5,026,342 and 5,261,870, which are incorporated herein by reference. And apparatus for removing cryoprotectants in cryopreserved samples using turbulence and convective dispersion around cells in a cryopreserved primary vessel, provided through the combined action of selective transmembrane flow Embodied. By using mechanical force to assist the cryoprotectant removal process, the benefits of slow cryoprotectant removal are retained while the actual removal time is significantly reduced.

【0014】 バイオハザードおよび無菌性の考慮により、凍結保護剤除去の機械的利便性を
与える手段は、最適には、一次容器の内表面および内容物と直接接触しない手段
である。これは、ヒト細胞(例えば精子、卵母細胞、胚、胎細胞または血液細胞
)の場合に特に真実であり、これら細胞の何れもまたは全ては、容器を取り扱う
技術者または他のオペレータと接触するのを許されるべきでない。以下の記載は
、米国特許第5,026,342号および第5,261,870号に従って形成された別個の容器内
で、重力、乱流および対流的分散を組み合わせて用いることにより、凍結保護剤
の濃度を急速に低下させるための新規な装置の二つの形態を提供する。
[0014] Due to biohazard and sterility considerations, the means that provide mechanical convenience of cryoprotectant removal are optimally those that do not come into direct contact with the inner surface and contents of the primary container. This is especially true in the case of human cells (eg, sperm, oocytes, embryos, fetal cells, or blood cells), any or all of which are in contact with the technician or other operator handling the container. Should not be allowed. The following description describes the use of a combination of gravity, turbulence and convective dispersion in separate vessels formed according to U.S. Pat.Nos. 5,026,342 and 5,261,870 to rapidly reduce the concentration of cryoprotectant. Provide two forms of the novel device.

【0015】 脈管系または他の身体区画への注入が意図される特定タイプの細胞(例えば赤
血球)の場合、凍結-融解および凍結保護剤除去過程の全体にわたり無菌性を保 持することが望ましいが、現在は困難である。細胞が最初の血液細胞貯蔵バッグ
内に入っている間は、凍結保護剤を除去することはできない。この理由のため、
FDA(食品医薬品局)は、ヒト赤血球の融解および脱グリセロールおよびヒト
への注入の間の時間間隔を24時間に制限している。主な問題は、融解細胞を凍
結用一次容器(プラスチックバッグ)から、相互に結合された無菌緩衝液の容器
、遠心ボウルおよび細胞受器を含む凍結保護剤除去用の使い捨てシステムに移し
換える必要があることである。同様の問題が、他の細胞タイプの凍結保存を妨げ
る。それ故に、本発明は一部、一次容器が細胞懸濁液を貯蔵し、追加の構成要素
が重力、乱流および対流的分散を組み合わせた作用により、凍結保護剤の急速除
去を可能にする単一装置を提供する。一次容器はまた、凍結-融解および凍結保 護剤除去過程全体にわたり無菌性の保持を可能にし、細胞懸濁液を希釈しない。
For certain types of cells (eg, red blood cells) intended for injection into the vascular system or other body compartment, it is desirable to maintain sterility throughout the freeze-thaw and cryoprotectant removal processes. However, it is difficult at present. The cryoprotectant cannot be removed while the cells are in the original blood cell storage bag. For this reason,
The FDA (Food and Drug Administration) limits the time interval between thawing and deglyceroling human red blood cells and injecting them into humans to 24 hours. The main problem is that the thawed cells need to be transferred from the primary freezing container (plastic bag) to a disposable system for removing cryoprotectants, including interconnected sterile buffer containers, centrifuge bowls and cell receivers. That is. Similar problems prevent cryopreservation of other cell types. Thus, in part, the present invention provides a single container in which the primary container stores the cell suspension and the additional components allow rapid removal of the cryoprotectant by the combined action of gravity, turbulence and convective dispersion. Provide one device. The primary container also allows for sterility retention throughout the freeze-thaw and cryoprotectant removal processes and does not dilute the cell suspension.

【0016】 本発明の方法は、単純な拡散に対する改善を示し、これとの関係で最もよく理
解される。伝統的には、細胞および凍結保護剤を含む従来の透析装置、または参
考として本明細書に取り入れられる特許のようにして作成された一次容器では、
緩衝液に拡散されて、バイアルまたはストローの壁に設けられた小孔または他の
膜輸送用間隙を通して凍結保護剤が除去される。緩衝液の流れが細胞容器の外側
で連続的に与えられた場合、流動する緩衝液中の凍結保護剤濃度は低く維持され
、細胞懸濁液中の凍結保護剤は、容器の多孔性壁を横切って外部の緩衝液中に至
る濃度勾配に「沿って(down)」通過すると予想される。
The method of the present invention represents an improvement over simple diffusion and is best understood in this context. Traditionally, in conventional dialysis machines containing cells and cryoprotectants, or in primary containers made as in the patents incorporated herein by reference,
The cryoprotectant is diffused into the buffer and removed through small holes or other membrane transport gaps in the vial or straw wall. If the buffer flow is continuously provided outside the cell container, the cryoprotectant concentration in the flowing buffer will be kept low and the cryoprotectant in the cell suspension will reduce the porous wall of the container. It is expected to pass "down" along a concentration gradient that traverses into the external buffer.

【0017】 上記とは対照的に、本発明の方法は、凍結保護剤を除去するために容器壁を横
切った単純な拡散によるものではない。更に、細胞形質膜を横切った凍結保護剤
の単純な拡散は、一次容器内での対流的分散によって容易にされる。これは、圧
力の脈動的適用により液体を一次容器内に且つそれを通して輸送することにより
引き起こされた、多孔性膜を通した乱流および拡散の過程を適切に混合すること
によって達成される。一次容器の内部では、凍結保護剤に富んだ緩衝液中での凍
結保護剤を含まない緩衝液の乱流および脈動的分散は、不均一性の全体的な広が
りを招き、比較的濃い凍結保護剤に作用する重力が補助するため細胞付近の微小
環境を制御された方法で変化させる。混合の程度は、一部は以下によって制御さ
れる:一次容器に入る凍結保護剤を含まない緩衝液のパルスの頻度および体積;
一次容器内の内容物の上方および下方部分に対する、緩衝液の流入および/また
は浸入帯域(凍結保護剤に富んだ緩衝液が容器底部に自然沈降するため);一次
容器の「流入」膜の方向(重力が、チャンバ1内の凍結保護剤に富んだ緩衝液の
再分布および分散に影響を与え得るため);および機械的手段で誘発された一次
容器の任意の運動。脈動流れは、内側への圧力のみで与えることができ、これは
パルス間の間隔中での少量の逆行流れを許容する。あるいは脈動流れは、内側へ
の圧力および引き抜き圧力--正および不の流れ--の組み合わせを用いて与えるこ
とができ、直進流および逆行流の両方を引き起こす。
In contrast to the above, the method of the present invention does not rely on simple diffusion across the vessel wall to remove the cryoprotectant. Furthermore, simple diffusion of the cryoprotectant across the cell plasma membrane is facilitated by convective dispersion in the primary container. This is achieved by properly mixing the process of turbulence and diffusion through the porous membrane caused by transporting the liquid into and through the primary vessel by the pulsating application of pressure. Inside the primary container, turbulence and pulsatile dispersion of the cryoprotectant-free buffer in the cryoprotectant-rich buffer leads to an overall spread of heterogeneity and a relatively dense cryoprotection. The gravity acting on the agent assists in altering the microenvironment near the cell in a controlled manner. The degree of mixing is controlled in part by: the frequency and volume of the cryoprotectant-free buffer pulse entering the primary container;
Buffer inflow and / or infiltration zones for the upper and lower parts of the contents in the primary container (because the cryoprotectant-rich buffer spontaneously settles to the bottom of the container); (Because gravity can affect the redistribution and dispersion of the cryoprotectant-rich buffer in chamber 1); and any movement of the primary container induced by mechanical means. Pulsating flow can be provided with only inward pressure, which allows a small amount of retrograde flow during the interval between pulses. Alternatively, pulsatile flow can be provided using a combination of inward and withdrawal pressures—positive and negative flow—causing both straight and retrograde flow.

【0018】 パラメータは次のようにして開発された。拡散による凍結保護剤の除去に30
分の期間にわたり6個容器(6 x 1 ml)量の緩衝液が必要であると仮定して、同一
の凍結保護剤除去を達成する最低流速には、0.2 ml/minを必要とし、また、時間
経過中の半分(直進流)が、緩衝液の実際の流れと仮定して、1〜3 ml/minの流 速が12分以内にそのタスクを達成するであろう。これらの条件下で、物質移動は
、一次容器から、次いで細胞からの凍結保護剤の拡散に関する輸送速度によって
制限されない。むしろ、一次容器からの物質移動および一次容器内での凍結保護
剤に富んだ緩衝液と凍結保護剤を含まない緩衝液との混合は、対流的分散を介し
て生じ、凍結保護剤は、対流的分散により適正な速度で変化する濃度勾配に沿っ
て単純な拡散により細胞から移動する。凍結保護剤の対流的分散輸送は、膜面積
が約4cm2であると仮定して、約1.2 ml/minの流速において、より低い流速で増 大する拡散依存性とほぼ等しい対流および拡散依存性を示す。下流膜面上への細
胞蓄積を最小限にするために、また、対流的分散の発生を容易にするために、振
動流(スタート/ストップ)が用いられ;脈動流れは1〜>60パルス/分の範囲
であってよいが、2〜40パルス/分の振動頻度がしばしば適切である。更に、凍
結保護剤は低い頻度(例えば1〜2パルス/分)および少ない体積(例えば0.05
〜0.1 ml)で開始し、パルス頻度、パルス体積または両方を「傾斜型(ramp-like
)」方式で次第に高めることがしばしば有利である。これは、細胞には障害とな らないが商業的に実行可能な時間枠内で細胞からの凍結保護剤の拡散を容易にす
る速度で、細胞の微小環境内の凍結保護剤濃度を低下させる。それ故に、この方
法は、乱流、対流および拡散の適切な混合を提供し、細胞付近の液体環境の不均
一性を、制御された様式で全体的に広げる。このようなアプローチによって、1
ml容器中の細胞から15分未満で凍結保護剤を安全に除去することができる。
The parameters were developed as follows. 30 for removal of cryoprotectant by diffusion
The minimum flow rate to achieve the same cryoprotectant removal requires 0.2 ml / min, assuming a volume of 6 containers (6 x 1 ml) buffer over a period of minutes, and Assuming that half of the time (straight flow) is the actual flow of buffer, a flow rate of 1-3 ml / min will accomplish that task within 12 minutes. Under these conditions, mass transfer is not limited by the transport rate for diffusion of the cryoprotectant from the primary container and then from the cells. Rather, mass transfer from the primary container and mixing of the cryoprotectant-rich and cryoprotectant-free buffers in the primary container occurs via convective dispersion, and the cryoprotectant Move out of the cell by simple diffusion along a concentration gradient that changes at an appropriate rate due to physical dispersion. The convective dispersion transport of the cryoprotectant is approximately equal to that increasing at lower flow rates at a flow rate of about 1.2 ml / min, assuming a membrane area of about 4 cm 2 . Is shown. Oscillating flow (start / stop) is used to minimize cell accumulation on the downstream membrane surface and to facilitate the generation of convective dispersion; The vibration frequency may be in the range of minutes, but a frequency of 2 to 40 pulses / minute is often appropriate. In addition, cryoprotectants are less frequent (e.g., 1-2 pulses / min) and less volume (e.g., 0.05
~ 0.1 ml) and change the pulse frequency, pulse volume or both to "ramp-like
It is often advantageous to progressively increase in a ")" manner. This reduces the cryoprotectant concentration in the cell microenvironment at a rate that does not disrupt the cell but facilitates diffusion of the cryoprotectant from the cell within a commercially viable time frame. . Thus, this method provides a proper mix of turbulence, convection and diffusion, and generally widens the heterogeneity of the liquid environment near the cells in a controlled manner. With this approach, 1
The cryoprotectant can be safely removed from the cells in the ml container in less than 15 minutes.

【0019】 本発明の好ましい態様は、上記の参考として取り入れられる特許に開示された
ような膜から作成された二つの主要表面を含む別個の一次容器を収容するように
設計された凍結保護剤除去装置である。凍結保護剤を除去する際に、小体積の緩
衝液の乱流が、一次容器の開放孔を通して与えられ、続いて、一次容器内での対
流的分散を介して、凍結保護剤を含まない緩衝液と凍結保護剤に富んだ緩衝液と
の緩やかな混合が起こり、その後、一次容器から希釈凍結保護剤がゆっくりと放
出される。適切な乱流および対流的分散を誘発させるために、そしてまた、下流
の膜面上への細胞の蓄積を最小限にするためにも、凍結保護剤を含まない緩衝液
の振動(スタート/ストップ)流れが用いられる。それ故に、この装置は、乱流
、対流および拡散の過程の適切な混合を提供し、細胞付近の液体環境の不均一性
を、制御された様式で全体的に広げる。これは、細胞には障害とならないが細胞
からの凍結保護剤の拡散を容易にする速度で、細胞の微小環境内の凍結保護剤濃
度を低下させる。
A preferred embodiment of the present invention is a cryoprotectant remover designed to accommodate a separate primary container containing two major surfaces made from a membrane as disclosed in the patents incorporated by reference above. Device. Upon removal of the cryoprotectant, a turbulent flow of a small volume of buffer is provided through the opening in the primary container, followed by convective dispersion in the primary container to provide buffer free cryoprotectant. Slow mixing of the liquid with the cryoprotectant-rich buffer occurs, after which the diluted cryoprotectant is slowly released from the primary container. To induce proper turbulence and convective dispersion and also to minimize the accumulation of cells on the downstream membrane surface, the cryoprotectant-free buffer oscillation (start / stop) ) Flow is used. Therefore, this device provides a proper mixing of the turbulence, convection and diffusion processes, and generally spreads the heterogeneity of the liquid environment near the cells in a controlled manner. This reduces the concentration of the cryoprotectant in the microenvironment of the cell at a rate that does not impair the cell but facilitates the diffusion of the cryoprotectant from the cell.

【0020】 本発明に係る最も単純な装置は、図1に示されている。孔を有する壁2を備え
、且つ該壁2内側に凍結保護剤含有細胞3を含む一次容器1は、外部圧縮ダイヤ
フラム4により緩衝液で満たされる。外部圧縮ダイヤフラム4は、任意の公知の
手段、例えば周期的減圧により駆動され、一次容器1内へのおよびそれからの緩
衝液の脈動的圧縮が与えられる。緩衝液の内側への脈動ポンプ輸送、および一次
容器1内部で生じる対流的分散は、細胞3内および一次容器1内の凍結保護剤濃
度を、単純な拡散で可能なよりも急速に、しかし細胞3がなお許容する速度で変
化させる。細胞3内への水の移動および細胞3からの凍結保護剤の移動は、細胞
形質膜を横切る拡散によるものであり、濃度勾配は従来の方法よりも急である。
The simplest device according to the present invention is shown in FIG. A primary container 1 comprising a wall 2 with holes and containing cryoprotectant-containing cells 3 inside the wall 2 is filled with a buffer solution by an external compression diaphragm 4. The external compression diaphragm 4 is driven by any known means, for example by periodic depressurization, to provide a pulsatile compression of the buffer into and out of the primary container 1. The pulsatile pumping inside the buffer and the convective dispersion occurring inside the primary vessel 1 cause the cryoprotectant concentration in the cells 3 and in the primary vessel 1 to increase more rapidly than possible with simple diffusion, but 3 at a speed that still allows. The movement of water into and out of the cell 3 by cryoprotectant is due to diffusion across the cell plasma membrane, and the concentration gradient is steeper than in conventional methods.

【0021】 本発明の凍結保護剤除去装置の第二態様は、図2aおよび2bに示されている
。図2bは図2aと同じ構造を示すが、分解した配列を示す。図1に示したのと
同一の一次容器1が、分割立方体型装置200内の所定箇所に示されている。一
次容器は、その予め閉栓されている孔が、凍結保護剤除去時の今は、米国特許第
5,026,342号および第5,261,870号に開示された手段またはこの技術で公知の他の
手段により開放された多孔性容器である。分割立方体型装置200は、それぞれ
流入チャンバ206および流出チャンバ208を表す二つのチャンバ202およ
び204を備えている。一対のガスケット230が、これらのチャンバを一次容
器1の周囲で密閉する。チャンバ206および208は、図示したように、入口
ポート232および出口ポート234に結合される。流入チャンバ206は、入
口ポート232を介して、当業者に公知のコントロ−ラにより所望の緩衝液のプ
ログラムされたパルス系列(各パルスは特定の体積、持続時間、デューティ周期
およびパルス間間隔を有する)を送出することが可能なポンプ238に結合され
る。緩衝液は、ポンプ238によりリザーバ240から抜き取られ、流入チャン
バ206に入り、そこから一次容器1を通り、流出チャンバ208を通り抜け、
再循環のために出口ポート234から出て行く。
A second embodiment of the cryoprotectant removal device of the present invention is shown in FIGS. 2a and 2b. FIG. 2b shows the same structure as FIG. 2a, but showing the disassembled sequence. The same primary container 1 as shown in FIG. 1 is shown at a predetermined position in the divided cubic apparatus 200. The primary container has a pre-sealed hole that is now U.S. Pat.
A porous container opened by the means disclosed in 5,026,342 and 5,261,870 or other means known in the art. The split cubic device 200 includes two chambers 202 and 204, representing an inflow chamber 206 and an outflow chamber 208, respectively. A pair of gaskets 230 seal these chambers around the primary container 1. Chambers 206 and 208 are coupled to inlet port 232 and outlet port 234 as shown. The inflow chamber 206 is connected via an inlet port 232 to a programmed pulse sequence of the desired buffer (each pulse having a specific volume, duration, duty cycle and pulse interval) by a controller known to those skilled in the art. ) Is coupled to a pump 238 capable of delivering the same. Buffer is drawn from the reservoir 240 by the pump 238 and enters the inflow chamber 206, from there through the primary vessel 1, through the outflow chamber 208,
Exits at outlet port 234 for recirculation.

【0022】 図2aおよび2bの構造は、種々の方法、例えばシート形成、射出成形または
他の任意の方法で調製されたプラスチック製またはポリマー製である。他の材料
、例えば金属またはガラスあるいは他の複合物を用いることもできる。操作に際
し、また、一次容器およびその中の細胞の性質に応じた分割立方体型装置の位置
決めによって、一次容器1の多孔性表面の望ましい方向、および一次容器1内へ
の、およびそれを通過する緩衝液流れの最適な方向が提供されるであろう。幾つ
かの細胞型では、緩衝液流れを一次容器1の下方領域中に向かわせることが有利
であり、従って重力が、一次容器1中での凍結保護剤に富んだ緩衝液と凍結保護
剤に乏しい緩衝液との混合を補助することができる。任意の公知手段で、しかし
定義されたパラメーター内で、分割立方体型装置200を付加的に運動させるこ
とにより、一次容器1内での対流的分散が更に向上する。
The structures of FIGS. 2a and 2b are made of plastic or polymer prepared by various methods, such as sheeting, injection molding or any other method. Other materials, such as metal or glass or other composites, can also be used. In operation, and by positioning the split cubic device according to the nature of the primary container and the cells therein, the desired orientation of the porous surface of the primary container 1 and the buffer into and through the primary container 1 An optimal direction of liquid flow will be provided. For some cell types, it may be advantageous to direct the buffer stream into the lower region of the primary container 1 so that the gravity forces the cryoprotectant-rich buffer and cryoprotectant in the primary container 1 Mixing with poor buffers can be assisted. By additional movement of the split cubic device 200 in any known manner, but within the defined parameters, the convective dispersion in the primary container 1 is further improved.

【0023】 より複雑な急速凍結保護剤除去装置は、特別な用途のため、例えば米国特許第
6,026,342号および第5,261,870号によるCryoCellTM中で凍結および融解されたヒ
ト精子から凍結保護剤を除去するために設計される。この用途のためのシステム
は、(a)必要な緩衝液を含み、廃棄物を収集し、且つバイオハザードとしての容 易に使い捨てできる一回使用の無菌の一体ユニット;(b)装置に一次容器1を配 置する際の、マイクロプロセッサ制御を介した完全な自動化;(c) 閉栓孔が開放
し、次いで緩慢な制御された乱流的経膜流れの間に一次容器1の膜面に平行な液
体流れ;(d)所望の添加剤の制御された添加;および(e)商業的な特徴、例えば興
味をそそる特徴および最低限のコストに加えて、場合により加温での温度制御な
どへの備えに向けられている。
[0023] More complex quick cryoprotectant removal devices are available for special applications, for example, in US Pat.
Designed to remove cryoprotectants from human sperm frozen and thawed in CryoCell according to 6,026,342 and 5,261,870. Systems for this use include (a) a single-use, sterile, integrated unit that contains the necessary buffers, collects waste, and is easily disposable as a biohazard; Full automation via microprocessor control in placing 1; (c) the closure port is opened and then parallel to the membrane surface of primary vessel 1 during slow controlled turbulent transmembrane flow. Liquid flow; (d) controlled addition of desired additives; and (e) commercial features such as intriguing features and minimal cost, plus optional temperature control during warming. It is aimed at preparing for.

【0024】 このような特殊化システムの助成において、本発明の第三態様は図3に示され
ている。全体のハウジング30は、マイクロプロセッサコントローラ32、熱電
子的冷却器34、脈動的流れを生じさせる機械的手段としてのピストン駆動体3
6およびピストン38、カム駆動体40、使い捨て挿入体44を収容するために
ハウジング30内の凹部として形成されたレセプタクル42を組み込んでいる。
レセプタクル42は温度制御され、使い捨て挿入体44を、ピストン38および
スプリング装着カム駆動体40に対して固定して配置する形状となっている。使
い捨て挿入体44は緩衝液リザーバ46を含み、取り外し可能なキャップ50、
および図1による一次容器1を受容するのに適したスリーブ52を有する処理チ
ャンバ48にユニットとして取り付けられている。一次容器1は、スリーブ52
内で、その鉛直軸の周りで90o回転させて、一次容器1の膜面を、緩衝液の流 れ方向に対して新しい方向に向けることができる。スプリング装着カム駆動体は
、一次容器1とつがいとなって、この回転を容易にし、この回転は、その代わり
に、カム駆動体40が存在しない場合には、手動で行うことかできる。無菌性を
保持するベント付き廃棄物容器54は、排気チューブ56により処理チャンバ4
8に結合されており、全てを使い捨て挿入体44に一体化することができる。
In assisting such a specialized system, a third aspect of the present invention is shown in FIG. The entire housing 30 comprises a microprocessor controller 32, a thermionic cooler 34, a piston driver 3 as a mechanical means for producing a pulsating flow.
6 and a receptacle 42 formed as a recess in the housing 30 to accommodate the piston 38, cam drive 40, and disposable insert 44.
The receptacle 42 is temperature-controlled and has a shape in which the disposable insert 44 is fixedly disposed with respect to the piston 38 and the spring-mounted cam driver 40. The disposable insert 44 includes a buffer reservoir 46 and a removable cap 50,
And mounted as a unit in a processing chamber 48 having a sleeve 52 suitable for receiving the primary container 1 according to FIG. The primary container 1 has a sleeve 52
Inside, the membrane surface of the primary container 1 can be turned in a new direction with respect to the flow direction of the buffer solution by rotating 90 ° about its vertical axis. The spring-loaded cam drive mates with the primary container 1 to facilitate this rotation, which can alternatively be performed manually if no cam drive 40 is present. The vented waste container 54 that maintains sterility is connected to the processing chamber 4 by an exhaust tube 56.
8 and all can be integrated into the disposable insert 44.

【0025】 本発明の第三態様において、使い捨て挿入体44およびその関連構造物は、最
初は無菌にでき、無菌性および使い捨て性の両方により、サンプルの交差汚染の
可能性が最小限にされるか、または排除される。このような個々の使い捨てユニ
ットは、常に人々のバイオハザード暴露をも最小限にする。ピストン駆動体36
はステッピングモータ、ソレノイド駆動マイクロポンプ、またはこの技術におい
て公知の他の力を発揮する手段であってよい。操作に際して、パルス速度および
緩衝液体積は、一定であってもよく、より好ましくは2〜10分の全間隔にわたり
、毎分1〜3パルスのパルス速度で開始し、毎分10パルスを越えるパルス速度に
高めてもよい。流れは、同一の8〜10分の間隔にわたり、1パルス当たり約0.05
〜0.1 mlの初期流速から1パルス当たり0.1〜0.2 mlに高めることもできる。
In a third aspect of the invention, the disposable insert 44 and its associated structures can be initially sterile, and both sterility and disposability minimize the potential for sample cross-contamination. Or be excluded. Such individual disposable units also always minimize people's biohazard exposure. Piston drive 36
May be a stepper motor, a solenoid driven micropump, or any other means known in the art that exerts a force. In operation, the pulse rate and buffer volume may be constant, more preferably, starting at a pulse rate of 1 to 3 pulses per minute, over a total interval of 2 to 10 minutes, and exceeding 10 pulses per minute. Speed may be increased. The flow is approximately 0.05 per pulse over the same 8-10 minute interval.
An initial flow rate of 0.10.1 ml can be increased to 0.1-0.2 ml per pulse.

【0026】 使い捨て挿入体44は、この技術において公知の引き剥がし閉鎖体(外層)で
密閉されるように形造ることができる。このシールを除去した後、キャップ50
をはずし、一次容器1をスリーブ52内に、一次容器1の膜面に平行な初期緩衝
液流れを与える位置で挿入する。緩衝液の制御は、マイクロプロセッサ32、ピ
ストン駆動体36およびピストン38により与えられ、マイクロプロセッサは、
予めセットされたパルスおよび体積速度を実行する。予定の時間の後、一次容器
1をその鉛直軸に対して90oで処理チャンバ48内で(手動で、またはマイク ロプロセッサのガイダンスにより)回転させることができ、場合により、スプリ
ング装着カム駆動体40の回転と一緒になって、多孔性表面に関して平衡な流れ
ではなく、垂直(直角)の緩衝液流れを生じさせる。緩衝液の処理が完了した後
、準備完了光および準備完了アラームを用いて、一次容器1が更なる適切な取り
扱いのために除去処理されていることを保証することができる。全体の工程には
30分未満の時間を要する。ハウジング30内の使い捨て挿入体44を交換するの
に2〜3分しか要しないので、第三態様において説明したユニット2〜4個ほど
であっても、大量臨床に対してさえも充分な装備を提供するであろう。
The disposable insert 44 can be shaped to be sealed with a tear-off closure (outer layer) as is known in the art. After removing this seal, the cap 50
Is removed, and the primary container 1 is inserted into the sleeve 52 at a position that provides an initial buffer flow parallel to the membrane surface of the primary container 1. Control of the buffer is provided by a microprocessor 32, a piston driver 36 and a piston 38, the microprocessor comprising:
Perform a preset pulse and volume rate. After a predetermined time, the primary container 1 can be rotated (manually or with the guidance of a microprocessor) in the processing chamber 48 at 90 ° with respect to its vertical axis, optionally with a spring mounted cam drive. Together with the 40 rotations, a vertical (perpendicular) buffer flow is created instead of an equilibrium flow with respect to the porous surface. After the processing of the buffer is completed, a ready light and a ready alarm can be used to ensure that the primary container 1 is being removed for further proper handling. The whole process
It takes less than 30 minutes. Since it only takes a few minutes to replace the disposable insert 44 in the housing 30, even with as few as two or four units as described in the third embodiment, sufficient equipment is needed even for high volume clinical practice. Will provide.

【0027】 本発明の第四態様は、緩衝液流れを平行から垂直(膜表面に関して直角)に方
向を変えるための、上記で論じたスプリング装着カムの回転に代わるものを提供
する。本発明の装置の第四態様は、図4a、4bおよび4cに示されている。
A fourth aspect of the present invention provides an alternative to the rotation of the spring-loaded cam discussed above for redirecting buffer flow from parallel to vertical (perpendicular to the membrane surface). A fourth embodiment of the device of the present invention is shown in FIGS. 4a, 4b and 4c.

【0028】 特定タイプの細胞、例えば脈管系または他の身体区画内への注入が望まれる赤
血球などにとって、凍結-融解および凍結保護剤除去の全過程にわたり無菌性を 保持することが望ましく、細胞の損傷を最小限にしなければならない。従来の手
順によっては、これは困難であった。なぜならば、融解細胞から凍結保護剤をゆ
っくりと除去するために、また、患者への注入に適切な懸濁液を与えるために、
融解細胞を向流遠心洗浄装置に移し換えることが必要であったからである。本発
明の第四態様は、この医療上の挑戦に向けるのに適している。単一のユニットは
、大部分の微生物を排除する膜(例えば0.2 μmの孔径)を有する一次細胞容器 、および急速凍結保護剤細胞除去装置を組み合わせており;装置全体は1回使用
の使い捨て品として設計されている。従って、この装置は、(1) 凍結-融解およ び凍結保護剤除去の全過程にわたる無菌性の保持を可能にし;(2)拡散と対流的 分散とを組み合わせた作用により、好都合に短時間であるが、赤血球を損傷しな
いように、充分にゆっくりとした速度での凍結保護剤の除去を提供し;(3)この 装置が細胞懸濁液を希釈しないため、または細胞の融解後の遠心を必要としない
ため、容器からの処理赤血球を患者に直接注入することを可能にする。
For certain types of cells, such as red blood cells, which are desired to be injected into the vascular system or other body compartment, it is desirable to maintain sterility throughout the freeze-thaw and cryoprotectant removal processes. Damage must be minimized. With conventional procedures, this has been difficult. Because, in order to slowly remove the cryoprotectant from thawed cells and to provide a suitable suspension for injection into the patient,
This is because it was necessary to transfer the thawed cells to a countercurrent centrifugal washing device. The fourth aspect of the invention is suitable for addressing this medical challenge. A single unit combines a primary cell container with a membrane (eg, 0.2 μm pore size) that rejects most microorganisms, and a quick cryoprotectant cell removal device; the entire device is a single-use disposable Designed. Thus, the device enables (1) the preservation of sterility throughout the entire process of freeze-thaw and cryoprotectant removal; (2) the combined action of diffusion and convective dispersion advantageously provides a short But provides for the removal of cryoprotectant at a sufficiently slow rate so as not to damage the red blood cells; (3) the device does not dilute the cell suspension, or the cells are centrifuged after thawing. , Which allows the infusion of the processed red blood cells from the container directly into the patient.

【0029】 第四態様の装置は、支持要素402を有する外部ハウジング400、特別な用
途のために特性が選択された主要面を与える二つの膜404(米国特許第5,026,
342号および第5,261,870号に記載されたようなもの)、および同一の特別な用途
(例えば赤血球の融解)のために充分な強度および多孔性を有する支持スクリ−
ン408を含む。外部ハウジング400の一方の主要面は、この装置の流入チャ
ンバ502に入る緩衝液を分配するため、且つ、バイパスチューブ504がクラ
ンプ506で閉塞された後、流入チャンバ502の下方面を形成する膜404を
通る液体の方向付けを補助するための、一つ以上の型および大きさのバッフル(
そらせ板)500を組み込んでいる。流出チャンバ508には、バッフル(図示
しない)が同様に備えられていてもよい。ハウジング400の一端は、構造体4
02、404および408で形成される内部チャンバに通じた一つ以上のチュー
ブ510を有し、これを通して、当業者に公知の適切な組成を有し、凍結保護剤
を含む緩衝液中の細胞懸濁液512が装入される。別のチューブ514からは、
後で望まれるときに、凍結保護剤除去に用いられる追加の緩衝液が供給され、廃
棄チューブ516は必要時にはけ口を与える。これらのチューブはこの技術で公
知の好適な「無菌ドッキング」材料で作成される。このユニットは、使用前に(
チューブを密閉して)輻射腺滅菌される。これらの構成部品は実際上任意の材料
、好ましくはプラスチックまたはポリマーで作成することができる。二つの膜4
04は、用途に適切な、即ち組成、強度、孔径および孔の割合が特別な用途のた
めに最適化した多孔性膜から作成される。膜の孔は、米国特許第5,026,342号お よび第5,261,870号に記載されたように、内部チャンバに細胞(例えば赤血球) の懸濁液を充填し、内容物を凍結温度に冷却し、細胞を0℃以上に再加温するの
に必要な時間中、およびその後の所望の時間(例えば5〜10分間)、孔を塞がれ
た状態に保つ材料であるが、チャンバ502および508内の膜面を横切って循
環する緩衝液への3〜10分間の露出後に孔から溶解する材料で、最初は塞がれて
いる。
The device of the fourth embodiment comprises an outer housing 400 having a support element 402, two membranes 404 providing a major surface whose properties have been selected for a particular application (US Pat. No. 5,026,
No. 342 and 5,261,870), and a supporting screen of sufficient strength and porosity for the same special applications (eg lysis of red blood cells).
408. One major surface of the outer housing 400 is for distributing buffer entering the inflow chamber 502 of the device and for forming the lower surface of the inflow chamber 502 after the bypass tube 504 is closed with the clamp 506. Baffles of one or more types and sizes to assist in directing liquid through
(Deflecting plate) 500 is incorporated. Outflow chamber 508 may be similarly provided with a baffle (not shown). One end of the housing 400 is
02, 404, and 408, through which one or more tubes 510 communicate with the internal chamber, through which cells of suitable composition known to those of skill in the art and in a buffer containing a cryoprotectant contain. A suspension 512 is charged. From another tube 514,
When desired later, additional buffer is used to remove the cryoprotectant, and the waste tube 516 provides a vent when needed. These tubes are made of a suitable "sterile docking" material known in the art. This unit must be
The tube is sealed (radiation gland sterilization). These components can be made of virtually any material, preferably plastic or polymer. Two membranes 4
04 is made from a porous membrane suitable for the application, i.e., the composition, strength, pore size and percentage of pores have been optimized for the particular application. The pores of the membrane are filled with a suspension of cells (eg, red blood cells) in the internal chamber, the contents are cooled to freezing temperature, and the cells are cooled to zero, as described in US Pat. Nos. 5,026,342 and 5,261,870. The material that keeps the pores closed during the time required to re-warm above 0 ° C. and for the desired time thereafter (eg, 5-10 minutes). Material that dissolves from the pores after 3-10 minutes of exposure to a buffer circulating across it, and is initially plugged.

【0030】 第四態様に関する変形としては、外部ハウジングそれ自体がバルーンまたは袋
状構造である可能性が挙げられ、バッフルの使用は任意である。
Variations on the fourth aspect include the possibility of the outer housing itself being a balloon or bladder structure, the use of baffles being optional.

【0031】 本発明の第五態様は、図10aおよび10bに示されている。再使用可能なハ
ウジング1000は、マイクロプロセッサコントローラ1002、熱電子的冷却
器1003および絶縁体(図示しない)を組み込んでいる。リニアステッピング
モータ1004は、緩衝液1010を含有する袋状物1088の上方のローラま
たはバー1055を駆動し、ローラまたはバー1055はまた、処理チャンバ1
013の半分にあるポート1024に結合されている。処理チャンバ1013は
、二つの部分からなる高さの低い角筒であり、各半体は立方体状開口を有する筒
状構造を表し、ここで、両半体がロック機構を介して凍結されたときに、この二
重開口は図1に示すような一次容器1を把持する。処理チャンバ1013の他方
の半分内にあるポート1025は、廃棄緩衝液1014を含有する廃棄袋状物1
089に結合されている。一次容器1は、細胞の型および種に応じて、代表的に
は0.5〜>5.0 mlの内容積を有し、主要面を形成する特殊な膜を有する薄い(2.5 〜4.0 mm)長方形、正方形または筒状の構造物であることが好ましい。更なる変 形において、一次容器1は、容器内に細胞を装入した後で冷却する前にUV接着
剤で密閉される小さいポート、および凍結保護剤を除去した後で細胞を取り出す
ためにパンクされる薄い隔壁を有する。あるいは、直径約1mmおよび長さ10また
は15 mmの薄壁チューブを用いて一次容器1を満たし、熱接着剤または接着性栓 でシールし、そして凍結保護剤を除去し、処理チャンバ1013から突出してい
る密閉部分を切除した後で、細胞の取り出しを可能にする。
A fifth aspect of the present invention is shown in FIGS. 10a and 10b. The reusable housing 1000 incorporates a microprocessor controller 1002, a thermionic cooler 1003, and insulators (not shown). The linear stepper motor 1004 drives a roller or bar 1055 above the bag 1088 containing the buffer 1010, and the roller or bar 1055 also
It is coupled to port 1024 on half of 013. The processing chamber 1013 is a two-part, low-height rectangular tube, each half representing a cylindrical structure with a cubic opening, where both halves are frozen via a locking mechanism. In addition, this double opening grips the primary container 1 as shown in FIG. A port 1025 in the other half of the processing chamber 1013 contains a waste bag 1 containing waste buffer 1014.
089. The primary container 1 is thin (2.5-4.0 mm) rectangular, square with a specific membrane forming the major surface, typically having an internal volume of 0.5-> 5.0 ml, depending on the cell type and species. Alternatively, it is preferably a tubular structure. In a further variation, the primary container 1 comprises a small port sealed with UV glue after loading the cells in the container and before cooling, and a puncture to remove the cells after removing the cryoprotectant. With thin barriers. Alternatively, the primary container 1 is filled with a thin-walled tube about 1 mm in diameter and 10 or 15 mm in length, sealed with a hot glue or adhesive stopper, and the cryoprotectant is removed and protruded from the processing chamber 1013. After removing the closed seal, the cells can be removed.

【0032】 本発明の第五態様に係る装置を組み立てるには、処理チャンバ1013の両半
体は、指での逆回転および詳細に示したかみ合い機構1023により、一次容器
1の周りでロックされる。次いで無菌緩衝液は、周囲の袋状物1010または1
089から一次容器1の両方の膜面と接触させることができる。実際には、緩衝
液に2〜3分間曝した後に孔が開き、ステッピングモータ1004の自動的活動
が、本発明の他の態様について説明したように、パルスおよび流れを同様に制御
可能に変化させて、制御された緩衝液の循環を引き起こす。
To assemble the device according to the fifth aspect of the present invention, both halves of the processing chamber 1013 are locked around the primary container 1 by reverse rotation with a finger and the engagement mechanism 1023 shown in detail. . The sterile buffer is then applied to the surrounding pouch 1010 or 1
From 089, both membrane surfaces of the primary container 1 can be brought into contact. In practice, after a few minutes of exposure to the buffer, a hole is opened and the automatic activity of the stepper motor 1004 causes the pulses and flow to similarly controllably change, as described for other aspects of the invention. To cause a controlled buffer circulation.

【0033】 本明細書に開示された装置の使用は、孔栓の除去および容器内容物の処理の両
方のために緩衝液の流れを統制的に働かせることにより、また、一次容器内で乱
流および対流的分散を誘発する緩衝液の脈動的流れを与えることにより、閉塞孔
膜を含む容器の実用性を改善する。
[0033] The use of the apparatus disclosed herein can be achieved by controlling the flow of buffer both for removal of plugs and for processing the contents of the vessel, and by turbulent flow in the primary vessel. And providing a pulsatile flow of buffer that induces convective dispersion, thereby improving the utility of the vessel containing the obturator membrane.

【0034】[0034]

【実施例】【Example】

本発明を、以下の実施例により更に説明する。 The present invention is further described by the following examples.

【0035】[0035]

【実施例1】 図2に係る装置を下記のようにして試験した。流入チャンバ206は流出チャ
ンバ208と同様にピラミッド形であった。緩衝液は、この装置を通して、1ス
トローク当たり50または100μmを毎分3〜120ストロークのストローク頻度で送 出するソレノイドポンプにより移動された(コンピュータ制御)。本装置は、一
次容器1の主要面--二つの対向する多孔性表面--が水平であり、流入チャンバが
一次容器1の下方または上方にあるように、あるいは主要面が垂直になるように
配置された一次容器1を用いて操作された。
Example 1 The device according to FIG. 2 was tested as follows. The inflow chamber 206 was pyramidal in shape, as was the outflow chamber 208. Buffer was moved through this device by a solenoid pump delivering 50 or 100 μm per stroke at a stroke frequency of 3 to 120 strokes per minute (computer controlled). The device is such that the primary surface of the primary container 1--two opposing porous surfaces--is horizontal and the inflow chamber is below or above the primary container 1, or the primary surface is vertical. The operation was carried out with the primary vessel 1 arranged.

【0036】 初期試験では、一次容器からのグリセロールの除去速度が、種々の条件(スト
ローク体積、ストローク速度、流入チャンバおよび流出チャンバの形状および体
積、出発グリセロール濃度、雄ウシまたはヒト精子の存在または不存在)におい
てモニターされた。一次チャンバからのグリセロールの排出速度は、制御された
In the initial test, the rate of glycerol removal from the primary vessel was measured at various conditions (stroke volume, stroke speed, shape and volume of inflow and outflow chambers, starting glycerol concentration, presence or absence of bull or human sperm). Presence). The discharge rate of glycerol from the primary chamber was controlled.

【0037】 図5は、0.88 M グリセロール含有緩衝液中の雄ウシ精子(1億個)を入れた 1ml一次容器からのグリセロールの除去速度を示し、4回の実験の平均である。
下方への流れではなく、上方への流れにより、除去速度がより遅いこと、および
一次容器での初期混合が一層多いことが明らかであった。最終試験では、(a)緩 衝液での従来の1:10希釈と、それに続く350倍重力で15分間の遠心により;脱グ リセロールされたヒト精子;および(b)緩衝液で1:10希釈を達成するための8段 階工程と、それに続く350倍重力で15分間の遠心により脱グリセロールされたヒ ト精子と、(c)一次容器の下方にある流入チャンバを用いて操作された急速凍結 保護剤除去装置(RCRD)により、脱グリセロールされた、凍結保存ヒト精子とが比
較された。三つの手順で脱グリセロールされた細胞に関する精子の質の評価には
、可視的またはコンピュータ-ベース分析(Hamilton-Thorn ResearchのIVOSシス
テムを使用)に基づく自発運動性精子の%、卵膜基質に結合した精子の%(米国
特許第5,743,206号参照)、およびこの技術において当業者に公知の手順を用い た、ゾナを含まないハムスター卵母細胞の貫通を含めた。8回の繰り返し実験に
基づいて、精子付近のグリセロール濃度を <0.03 Mまで低下させるのに6.8分を 要したのに対し、従来技術の手順は、同一の結果を達成するのに18分より長い時
間を要した。図6、7、8および9は、図2に示す急速凍結保護剤除去装置が、
従来技術の1段階または8段階希釈法と同等の、又はより良好な質の精子を与え
ることを示す。
FIG. 5 shows the rate of removal of glycerol from a 1 ml primary container containing 100 million bull spermatozoa in a buffer containing 0.88 M glycerol and is the average of four experiments.
It was evident that the upward flow rather than the downward flow resulted in a lower removal rate and more initial mixing in the primary vessel. In the final test, (a) conventional 1:10 dilution in buffer followed by centrifugation at 350 × gravity for 15 minutes; deglycerolized human sperm; and (b) 1:10 dilution in buffer An eight-stage process followed by centrifugation at 350x gravity for 15 minutes to deglycerolize human sperm, and (c) quick freezing operated using an inflow chamber below the primary container. The deprotected device (RCRD) was used to compare deglycerol with cryopreserved human sperm. Sperm quality assessment for cells deglycerolated in three steps:% of spontaneous motile sperm based on visual or computer-based analysis (using Hamilton-Thorn Research's IVOS system), bound to egg membrane substrate % Sperm (see US Pat. No. 5,743,206) and the penetration of hamster oocytes without zona using procedures known to those skilled in the art. Based on eight replicate experiments, it took 6.8 minutes to reduce glycerol concentration near sperm to <0.03 M, whereas the prior art procedure took longer than 18 minutes to achieve the same result. It took time. FIGS. 6, 7, 8 and 9 show that the apparatus for removing a cryoprotectant shown in FIG.
It shows that it gives equivalent or better quality sperm than the one- or eight-step dilution method of the prior art.

【0038】 以上に本発明を詳細に説明したが、本発明は添付の請求の範囲に記載された範
囲でのみ限定されるべきである。
Although the present invention has been described in detail, the present invention should be limited only by the scope described in the appended claims.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 図1は、本発明の第一態様の側部断面図である。FIG. 1 is a side sectional view of a first embodiment of the present invention.

【図2】 図2aおよび2bは、本発明の第二態様の側部断面図(後者は分解し
た形態)である。
2a and 2b are side sectional views of the second embodiment of the present invention (the latter is an exploded configuration).

【図3】 図3は本発明の第三態様の側部断面図である。FIG. 3 is a side sectional view of a third embodiment of the present invention.

【図4】 図4a、4bおよび4cは、本発明の第四態様の、それぞれ平面図、
端部断面図および側部断面図である。
4a, 4b and 4c are plan views, respectively, of a fourth embodiment of the present invention;
It is an end sectional view and a side sectional view.

【図5】 図5は、本発明に関する試験データのグラフ表示である。FIG. 5 is a graphical representation of test data according to the present invention.

【図6】 図6は、本発明に関する試験データのグラフ表示である。FIG. 6 is a graphical representation of test data according to the present invention.

【図7】 図7は、本発明に関する試験データのグラフ表示である。FIG. 7 is a graphical representation of test data according to the present invention.

【図8】 図8は、本発明に関する試験データのグラフ表示である。FIG. 8 is a graphical representation of test data for the present invention.

【図9】 図9は、本発明に関する試験データのグラフ表示である。FIG. 9 is a graphical representation of test data for the present invention.

【図10】 図10aおよび10bは、本発明の第五態様の側部断面図(細部挿
入図)である。
10a and 10b are side sectional views (detailed insets) of a fifth embodiment of the present invention.

【図11】 図11は、本発明に関する試験データのグラフ表示である。FIG. 11 is a graphical representation of test data for the present invention.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SZ,UG,ZW),EA(AM ,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ,TM) ,AL,AM,AT,AU,AZ,BA,BB,BG, BR,BY,CA,CH,CN,CU,CZ,DE,D K,EE,ES,FI,GB,GE,GH,GM,HR ,HU,ID,IL,IS,JP,KE,KG,KP, KR,KZ,LC,LK,LR,LS,LT,LU,L V,MD,MG,MK,MN,MW,MX,NO,NZ ,PL,PT,RO,RU,SD,SE,SG,SI, SK,SL,TJ,TM,TR,TT,UA,UG,U Z,VN,YU,ZW Fターム(参考) 4B029 AA08 AA27 BB11 CC01 GA08 GB10 4H011 CA01 CB07 CB08 CC01 CC03 CD06 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (81) Designated country EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LU, MC, NL, PT, SE ), OA (BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, GM, KE, LS, MW, SD, SZ, UG, ZW), EA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BY, CA, CH, CN, CU, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, GB, GE, GH, GM, HR, HU, ID, IL, IS, JP, KE, KG, KP , KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, MD, MG, MK, MN, MW, MX, NO, NZ, PL, PT, RO, RU, SD, SE, SG, SI, SK, SL, TJ, TM, TR, TT, UA, UG, UZ, VN, YU, ZWF terms (reference) 4B029 AA08 AA27 BB11 CC01 GA08 GB10 4H011 CA01 CB07 CB08 CC01 CC03 CD06

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 懸濁液中の1種以上の細胞を、該細胞中に含有された浸透性
物質が中に拡散できる溶液と接触させること;および 前記溶液に対し、前記細胞の領域内で該溶液の波動的運動を引き起こす反復力
を発揮させること を含み、 前記溶液の前記波動的運動が、前記細胞からの前記浸透性物質の除去を改選す
ることを特徴とする、 1種以上の細胞の懸濁液から浸透性物質を除去する方法。
1. contacting one or more cells in a suspension with a solution into which a permeable substance contained in the cells can diffuse; and Exerting a repetitive force that causes a wave motion of the solution, wherein the wave motion of the solution alters the removal of the permeable material from the cells; one or more cells; Of removing osmotic substances from a suspension of osmosis.
【請求項2】 前記細胞が一次容器内の懸濁液中にあり、前記反復力が、少
なくとも0.1 ml/minの量の、前記一次容器内へのおよびそれを通過する透過性物
質を含まない緩衝液の流速を生じさせることを特徴とする、請求項1に記載の方
法。
2. The cells are in suspension in a primary container and the repetitive force is free of at least 0.1 ml / min of permeable material into and through the primary container. 2. The method according to claim 1, wherein a flow rate of the buffer is generated.
【請求項3】 前記浸透性物質が凍結保護剤であり、前記発揮工程が約30分
以内に完了され、前記波動的運動が、その過程の完了にわたり頻度または体積を
増加させることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
3. The method according to claim 2, wherein the osmotic substance is a cryoprotectant, wherein the exertion step is completed within about 30 minutes, and the wave motion increases in frequency or volume over the completion of the process. The method of claim 1.
【請求項4】 前記溶液が緩衝液であることを特徴とする、請求項1に記載
の方法。
4. The method according to claim 1, wherein the solution is a buffer.
【請求項5】 前記細胞が精子または卵母細胞であることを特徴とする、請
求項1に記載の方法。
5. The method according to claim 1, wherein the cell is a sperm or an oocyte.
【請求項6】 前記細胞が赤血球または他の体細胞であることを特徴とする
、請求項1に記載の方法。
6. The method of claim 1, wherein said cells are red blood cells or other somatic cells.
【請求項7】 前記一次容器が、その中に二つの対向する多孔性表面を有す
る容器であることを特徴とする、請求項2に記載の方法。
7. The method of claim 2, wherein the primary container is a container having two opposing porous surfaces therein.
【請求項8】 その中に孔を有する一次容器; 前記一次容器の周りに配置され、それを通過する溶液の流れに適した処理チャ
ンバ; 前記溶液の波動的運動を引き起こす反復力を前記溶液に対して発揮するのに適
した、前記処理チャンバに隣接するポンプ手段; 浸透性物質を含まない緩衝液のための供給源リザーバ;および 前記処理チャンバから出てくる液体のための収集レセプタクル を備えた、請求項1の方法を実施するための装置。
8. A primary container having an aperture therein; a processing chamber disposed around the primary container and adapted for flow of the solution therethrough; a repetitive force causing a wave motion of the solution to the solution. Pump means adjacent to the processing chamber, suitable for exerting against it; a source reservoir for osmotic free buffer; and a collection receptacle for liquid exiting the processing chamber. Apparatus for implementing the method of claim 1.
【請求項9】 前記処理チャンバが、前記一次容器を取り巻くピラミッド形
、長方形または柱状の溶液充填キャビティを定めることを特徴とする、請求項8
に記載の装置。
9. The process chamber of claim 8, wherein the processing chamber defines a pyramid-shaped, rectangular or column-shaped solution filling cavity surrounding the primary container.
An apparatus according to claim 1.
【請求項10】 前記ポンプが真空ポンプであることを特徴とする、請求項
8に記載の装置。
10. The apparatus according to claim 8, wherein said pump is a vacuum pump.
【請求項11】 前記ポンプがピストンまたはローラを駆動することを特徴
とする、請求項8に記載の装置。
11. The device according to claim 8, wherein the pump drives a piston or a roller.
【請求項12】 前記処理チャンバが前記一次容器を回転させる手段を備え
ることを特徴とする、請求項8に記載の装置。
12. The apparatus according to claim 8, wherein said processing chamber comprises means for rotating said primary container.
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